La 5,10-meteniltetrahidrometanopterina hidrogenasa (o Hmd ), también llamada hidrogenasa de grupo libre de hierro y azufre , es una enzima que se encuentra en arqueas metanogénicas como Methanothermobacter marburgensis . Fue descubierta y caracterizada por primera vez por el grupo de Thauer en el Instituto Max Planck en Marburgo. Las hidrogenasas son enzimas que reducen protones u oxidan dihidrógeno molecular. [1]
Los metanógenos dependen de estas enzimas para catalizar la reducción de CO 2 a metano . Un paso en la metanogénesis implica la conversión de un grupo metenilo (estado de oxidación del ácido fórmico) a un grupo metileno (estado de oxidación del formaldehído).
Entre la familia de enzimas hidrogenasas, la Hmd es única en el sentido de que no reduce directamente el CO 2 a CH 4 . El sustrato natural de la enzima es el compuesto orgánico meteniltetrahidrometanopterina. [2] El compuesto orgánico incluye un grupo metenilo unido a dos amidas terciarias . El grupo metenilo se originó como CO 2 antes de incorporarse al sustrato, que se reduce catalíticamente por H 2 a metilentetrahidrometanopterina como se muestra. [3] Finalmente, el grupo metileno se reduce aún más y se libera como una molécula de metano.
También se ha demostrado que la transferencia de hidruro es estereoespecífica . Dado que el sustrato es plano, el hidruro que se origina a partir de H2 siempre se agrega a la cara pro-R. En la reacción inversa, se mantiene la estereoespecificidad y se elimina el hidruro resaltado. [1]
La holoenzima Hmd incluye el homodímero proteico así como su cofactor asociado que contiene hierro. Se han caracterizado varias especies de metanógenos que expresan enzimas de la familia de las hidrogenasas Hmd. Entre especies, la enzima se encuentra con diferentes números de subunidades y algunas variaciones menores en la secuencia de aminoácidos. El monómero tiene una masa de aproximadamente 45.000 Da, aunque este valor varía de una especie a otra. [2]
La actividad enzimática de la enzima se pierde con la exposición a la luz solar o a los rayos UV. La fotólisis provoca la liberación de un átomo de hierro y dos moléculas de monóxido de carbono. En la holoenzima, las moléculas de Fe y CO se encuentran asociadas a un cofactor de 542 Da. [4]
El cofactor que contiene hierro se encuentra estrechamente asociado a la proteína. Puede liberarse tras la desnaturalización con 2-mercaptoetanol o clorhidrato de guanidina . La expresión del gen Hmd en E. coli sin el cofactor da como resultado una holoenzima inactiva. Sin embargo, la actividad de la hidrogenasa puede recuperarse mediante la adición del cofactor que contiene hierro tomado de la enzima activa desnaturalizada. [1]
Como se mencionó, la irradiación del cofactor con luz ultravioleta da como resultado la pérdida de CO y Fe. Además, el compuesto de 542 Da puede degradarse aún más mediante una fosfodiesterasa (que escinde específicamente los enlaces de fosfato). La hidrólisis de los enlaces de fosfato genera el ribonucleótido guanosina monofosfato y una 2-piridona modificada . Sobre la base de la caracterización espectroscópica, Shima et al. han propuesto una estructura para este cofactor orgánico (menos el átomo de hierro y las moléculas de CO) como se muestra: [4]
Aunque se desconoce el mecanismo por el que actúa el Hmd, el cofactor que contiene hierro es en parte responsable de la actividad catalítica. Las altas concentraciones de CO también inhiben la enzima, lo que implica que el hierro es el centro de la catálisis. Se ha propuesto que el hierro funciona para unir el H2 y el sustrato meteniltetrahidrometanopterina, organizando estos dos reactivos en estrecha proximidad. [1]
